KR20130011093A

KR20130011093A - 인휠 모터를 이용한 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20130011093A
Application number: KR1020110071985A
Authority: KR
Inventors: 이준열
Original assignee: 이준열
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-01-30

Abstract

본 발명은 차량의 종동축의 한쪽 휠에 설치된 소형 인휠 모터를 이용하여 정속 주행시 또는 초반 가속시에 차량에 보조적인 동력을 공급하기 위한 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 인휠 스위치에 의해 인휠 모터를 구동하도록 선택되는 경우, 제어 장치는 보조 배터리의 충전 레벨을 체크하여 상기 보조 배터리의 충전 레벨이 임계값을 초과하도록 제어하고, 차량의 상태 정보로부터 차량의 운행 조건을 판단하고, 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행중 감속될 경우, 또는 저속에서 초반 가속 중인 경우에는 인휠 모터를 구동하기 위한 명령을 생성하고, 차량의 엔진이 아이들(idle) 상태인 경우에는 인휠 모터의 구동을 정지시키고 보조 배터리를 충전하기 위한 명령을 생성한다. 따라서, 본 발명은 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행중 감속될 경우, 또는 저속에서 초반 가속 중인 경우에만 인휠 모터를 구동하여 차량에 보조 동력을 공급함으로써, 비용 증가를 최소화하면서 인휠 모터에 의한 보조 동력의 공급을 가능하게 하는 효과를 달성할 수 있다.

Description

인휠 모터를 이용한 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR SUPPLYING ASSISTANT POWER FOR VEHICLE BY USING IN-WHEEL MOTOR AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 차량의 종동축의 한쪽 휠에 설치된 소형 인휠 모터를 이용하여 정속 주행중인 경우, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 경우 또는 초반 가속중인 경우에 차량에 보조적인 동력을 공급하기 위한 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

화석 연료의 희소성으로 인한 연료 가격의 상승과 함께, 화석 연료를 사용하는 차량의 배기 가스로 인한 대기 오염 및 온실 가스의 배출 문제가 점점 심각해지고 있다. 이에 따라, 차량의 연비를 높이고 그 배기 가스를 감소시키기 위하여, 차량 업체뿐만 아니라 관련된 다양한 산업 분야에서 이 문제를 해결하기 위한 노력이 행해지고 있다.

예를 들어, 화석 연료에 의해 작동되는 내연 기관을 주 동력 공급 장치로서 이용하고 전기 모터를 보조 동력 공급 장치로서 이용하는 하이브리드 차량(hybrid vehicle)과, 충전식 배터리에 의해 구동되는 전기 모터에 의해 동력을 제공하는 전기 차량과, 화학 반응을 이용하는 연료 전지를 통해 구동되는 전기 모터에 의해 동력을 제공하는 연료전지 차량 등이 개발 및 실용화되고 있다.

이러한 기술적 배경 하에서, 엔진의 효율을 높임과 동시에 실용화가 가능할 정도로 차량의 가격을 낮추는 것이 중요한 개발 목표가 되고 있다. 전기 모터에 의해서만 동력을 제공하는 전기 차량 및 연료전지 차량은 상대적으로 고가의 배터리 및 전기 모터를 필요로 하므로, 아직까지는 실용화하기에는 한계를 가지고 있다. 이에 따라, 내연 기관을 주 동력 공급 장치로서 이용하고 전기 모터를 보조 동력 공급 장치로서 이용하여 연비 즉, 단위 연료당 주행거리를 증가시키는 하이브리드 차량에 대한 기술 개발이 진행되고 있다.

이와 같이 보조 동력 공급 장치로서 전기 모터를 이용하는 경우, 전기 모터와 차량의 구동축을 연결하여 보조 동력을 차축에 전달하기 위한 변속기, 클러치 및 유성 기어 기구 등과 같은 복잡한 동력 전달 기구가 전기 모터에 대해서도 추가로 구비되어야 한다. 즉, 내연 기관을 위한 동력 전달 기구에 부가하여, 전기 모터를 위한 동력 전달 기구가 추가로 필요하므로, 차량의 파워트레인(power train)의 무게 및 부피가 증가할 뿐만 아니라 궁극적으로 차량의 생산 단가가 증가한다.

최근에는, 차량의 보조 동력 공급 장치로서 전기 모터를 이용할 경우의 상기 설명된 문제점들을 해결하기 위하여, 이와 같은 전기 모터 대신에 차륜의 휠에 직접 장착되어 별도의 동력 전달 기구를 이용하지 않고도 휠에 직접 동력을 공급할 수 있는 인휠 모터(in-wheel motor)가 개발되고 있다.

인휠 모터를 이용하는 종래 기술로서, 대한민국 특허출원공개 제10-2009-0062321호(공개일 : 2009년 6월 17일)에는 "인휠 드라이브 전기차량의 독립구동 주행시스템과 그 제어방법"(이하, "종래 기술 1"이라 한다)과, 대한민국 특허출원공개 제10-2006-0087412호(공개일 : 2006년 8월 2일)에는 "하이브리드 차량"(이하, "종래 기술 2"라고 한다) 등이 공개되어 있다.

종래 기술 1은 인휠 모터를 4개의 차륜에 각각 장착하여 인휠 모터를 주 동력 공급 장치로서 이용하는 것에 대해 개시하고 있으며, 종래 기술 2는 인휠 모터를 4개의 차륜에 각각 장착하여 인휠 모터를 보조 동력 공급 장치로서 이용하는 것에 대해 개시하고 있다.

종래 기술 1은 인휠 모터를 주 동력 공급 장치로서 이용하므로, 고출력 및 고가의 인휠 모터를 필요로 할 뿐만 아니라, 인휠 모터만으로 동력 장치를 구성하여 독립구동 주행을 제어하여야 하므로 그 제어 동작이 복잡하다는 문제점을 가지고 있다.

종래 기술 2는 인휠 모터를 보조 동력 공급 장치로서 이용하므로, 고출력의 인휠 모터를 필요로 하지는 않는다. 그러나, 종래 기술 2는 인휠 모터를 보조 동력 공급 장치로서 이용하기 위한 구체적인 제어 동작에 대해 설명하고 있지 않다. 또한, 종래 기술 2는 최소한 전륜 또는 후륜의 2개 또는 4개의 휠에 인휠 모터를 장착해야 하므로, 2개 이상의 인휠 모터를 필요로 한다.

이러한 종래의 기술적 배경 하에서는, 내연 기관 또는 전기 모터를 주 동력 공급 장치로서 이용하는 차량의 연비를 개선시키기 위하여, 비용의 증가를 최소화하면서 전기 모터에 의한 보조 동력을 공급하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 위와 같이 설명된 종래의 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 출력이 작은 소형 인휠 모터를 차량의 종동축의 한쪽 휠에 설치하고, 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 경우, 또는 차량이 저속에서 가속 중인 경우에 인휠 모터를 구동하여 차량에 보조 동력을 공급하기 위한 인휠 모터를 이용한 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 출력이 작은 소형 인휠 모터 하나만 차량의 종동축의 한쪽 휠에 설치함으로써 비용의 증가를 최소화할 수 있는 인휠 모터를 이용한 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 인휠 모터(in-wheel motor)를 이용한 차량의 보조 동력 공급 장치가 제공되고, 상기 차량의 보조 동력 공급 장치는, 차량의 종동축의 어느 하나의 휠 내부에 장착되어, 공급되는 전력에 따라 상기 휠에 회전력을 공급하는 인휠 모터; 충방전이 가능하며 상기 인휠 모터에 전력을 공급하기 위한 보조 배터리; 상기 인휠 모터에 의한 보조 동력을 사용할 것인지를 운전자의 조작에 의해 선택하기 위한 인휠 스위치; 상기 인휠 스위치에 의해 상기 인휠 모터를 구동하도록 선택되는 경우, 상기 보조 배터리의 충전 레벨을 체크하여 상기 보조 배터리의 충전 레벨이 임계값을 초과하도록 제어하고, 차량의 상태 정보로부터 차량의 운행 조건을 판단하고, 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 경우, 또는 저속에서 초반 가속 중인 경우에는 상기 인휠 모터를 구동하기 위한 명령을 생성하고, 차량의 브레이크 스위치가 ON 상태이거나 엔진이 아이들(idle) 상태인 경우에는 상기 인휠 모터의 구동을 정지시키고 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 명령을 생성하는 제어 장치; 상기 제어 장치에 의해 생성된 상기 인휠 모터를 구동하기 위한 명령에 따라, 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 구동 전류를 생성하고, 이 생성된 구동 전류를 상기 인휠 모터에 인가하는 인버터; 및 상기 제어 장치에 의해 생성된 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 명령에 따라, 차량의 주 배터리로부터 상기 보조 배터리로의 전류 경로를 형성하기 위한 전자제어 스위치를 포함한다.

바람직하게는, 상기 차량이 전륜 구동 방식을 따르는 경우, 상기 인휠 모터는 상기 차량의 좌측 후륜 휠의 내부에 장착된다.

바람직하게는, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 시간 동안 소정 범위 내에 속하고, 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 악셀 스위치 및 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 정속 주행 중이라고 판단한다.

바람직하게는, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 소정의 시간 동안 일정한 수치만큼 차량의 속도가 감소하고 있고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에, 차량이 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 것이라고 판단한다.

바람직하게는, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 미만이고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 저속에서 초반 가속 중이라고 판단한다.

바람직하게는, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 0이고, 악셀 스위치가 OFF이거나 주행속도가 지정된 감소율 이하로 감소되면서 동시에 엔진의 구동력이 바퀴회전과 단절된 상태인 경우에 차량의 엔진이 아이들 상태인 것으로 판단한다.

바람직하게는, 상기 차량의 보조 동력 공급 장치는 차량의 주차 중에 외부의 상용 교류 전원을 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 충전 수단을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 인휠 스위치, 보조 배터리, 인버터 및 제어 장치에 의해, 차량의 종동축의 어느 하나의 휠 내부에 장착된 인휠 모터를 구동하여, 주 동력 공급 장치에 대해 보조적으로 동력을 공급하도록 구성된 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법이 제공되고, 상기 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법은, (a) 상기 인휠 스위치의 상태로부터, 운전자가 인휠 모터를 보조 동력으로 사용하고자 하는지를 판단하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서, 상기 인휠 스위치가 ON 상태인 경우, 상기 제어 장치는 보조 배터리의 충전 레벨을 체크하여 상기 충전 레벨이 소정의 임계값을 초과할 때까지 상기 보조 배터리의 충전 동작을 제어하는 단계; (c) 상기 (a) 단계에서, 상기 인휠 스위치가 OFF 상태인 경우, 상기 제어 장치는 인휠 모터의 구동을 정지시키고 보조 배터리의 충전 동작을 정지시키는 단계; (d) 상기 제어 장치는 차량의 상태 정보로부터 차량의 운행 조건을 판단하고, 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속될 경우, 또는 저속에서 초반 가속 중인 경우에는 상기 인휠 모터를 구동하기 위한 명령을 생성하는 단계; 및 (e) 상기 제어 장치는 차량의 상태 정보로부터 차량의 운행 조건을 판단하고, 차량의 엔진이 아이들 상태이거나 브레이크 스위치가 ON 상태인 경우에는 상기 인휠 모터의 구동을 정지시키고 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 명령을 생성하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 (d) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 시간 동안 소정 범위 내에 속하고, 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 악셀 스위치 및 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 정속 주행 중이라고 판단한다.

바람직하게는, 상기 (d) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 소정의 시간 동안 일정한 수치만큼 차량의 속도가 감소하고 있고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에, 차량이 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 것이라고 판단한다.

바람직하게는, 상기 (d) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 미만이고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 저속에서 초반 가속 중이라고 판단한다.

바람직하게는, 상기 (e) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 0이고, 악셀 스위치가 OFF인 경우이거나 주행속도가 지정된 감소율 이하로 감소되면서 동시에 엔진의 구동력이 바퀴회전과 단절된 상태인 경우에 차량의 엔진이 아이들 상태인 것으로 판단한다.

본 발명에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법은 출력이 작은 소형 인휠 모터를 차량의 종동축의 한쪽 휠에만 설치하고, 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 경우, 또는 저속에서 초반 가속 중인 경우에만 인휠 모터를 구동하여 차량에 보조 동력을 공급함으로써, 비용 증가를 최소화하면서 인휠 모터에 의한 보조 동력의 공급을 가능하게 하는 효과를 달성할 수 있다.

특히, 본 발명은 작은 출력을 갖는 소형 인휠 모터를 이용함으로써 생산 단가를 과도하게 높이지 않으면서도 인휠 모터의 보조 동력에 의한 연비 절감 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보조 동력 공급 장치를 포함하는 차량의 구동계의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1에 도시된 좌측 후륜 휠에 인휠 모터가 장착된 상태를 더욱 구체적으로 도시하는 평면도 및 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 보조 동력 공급 장치에서 보조 배터리가 충전될 경우의 스위칭 상태를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인휠 모터를 이용한 차량의 보조 동력 공급 장치 및 그 제어 방법의 구성 및 동작에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 당업계에 공지 및 주지된 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 기술 용어들은 본 발명에서의 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 기초로 판단되어야 할 것이다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치가 적용된 차량의 구동계에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치를 포함하는 차량의 구동계의 구성을 도시하는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 구동계(1)는 주 동력 공급 장치로서 기능하는 요소와 보조 동력 공급 장치로서 기능하는 요소로 구성되어 있으며, 전륜 휠(2, 4) 및 후륜 휠(3, 5)과, 변속기(11), 엔진(12), 발전기(13), 주 배터리(14), 전자제어 스위치(15), 차량 전원장치(16), 브레이크 스위치(22), 악셀 스위치(23), 제어장치(24), 인휠 스위치(21), 인버터(25) 및 보조 배터리(26)를 포함한다.

여기서, 엔진(12), 변속기(11), 발전기(13), 주 배터리(14), 및 차량 전원장치(16)는 주 동력 공급 장치를 구성하고 있고, 제어 장치(24), 인휠 스위치(21), 인버터(25), 보조 배터리(26), 및 도시하지 않은 인휠 모터는 보조 동력 공급 장치를 구성하고 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않는다. 예를 들어, 주 동력 공급 장치의 구성요소인 엔진(12)은 내연 기관뿐만 아니라 전기 모터로 구성될 수도 있다.

도 1에 도시된 차량의 구동계(1)는 전륜 구동(front wheel drive) 차량에 적용하는 것을 가정하여 구성된 것이고, 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(12)이 변속기(11)를 통해 전륜 구동축으로 동력을 전달하도록 구성되어 있다. 도 1에서는 간략하게 표현하기 위하여, 전륜 구동축에 직접 전륜 휠(2, 4)이 연결된 것으로 도시되어 있으나, 실제로는, 조향 장치 등을 통해 전륜 구동축과 전륜 휠(2, 4)이 서로 연결되어 있다.

본 발명에서는 차량의 4개의 휠 중에서 전륜 구동 차량의 종동축(본 실시예는 전륜 구동 차량이므로, 구동축이 전륜 차축이고 종동축이 후륜 차축임)에 연결된 좌측의 후륜 휠(5)에 인휠 모터를 장착하는 것으로 가정하고 있다.

차량이 전륜 구동 방식을 따를 경우, 차량의 후륜은 전륜에 비해 작은 타이어 마모도와 우수한 내구성을 가진다. 특히, 차량이 주차 및 주행 중일 때에 도로와의 마찰로 인해 발생하는 타이어 마모량이 후륜에서 더 작다. 후륜 중에서도 좌측의 후륜 휠에 인휠 모터를 장착하는 것은 도로의 중앙선 쪽의 안쪽 차선이 바깥 차선보다 양호한 노면 상태를 가지므로 좌측의 후륜 휠이 우측의 후륜 휠보다 더 작은 마모도를 가진다는 점을 고려한 것이다.

즉, 본 발명에서는 차량의 보조 동력 공급 장치로서 작은 출력을 갖는 소형의 인휠 모터를 이용하는 것을 특징으로 하고 있으며, 인휠 모터는 차량의 종동축에 연결된 2개의 휠 중에서 좌측, 다시 말해서, 차량이 전륜 구동 방식을 따를 경우에 좌측의 후륜 휠에 하나의 인휠 모터가 장착되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성함으로써 단 하나의 인휠 모터만으로도 차량에 보조 동력을 제공할 수 있으므로, 인휠 모터를 이용하여 보조 동력 공급 장치를 구성할 경우에 비용의 증가를 최소화할 수 있다.

다시 말하면, 본 발명에서는, 낮은 출력을 발생하는 소형의 인휠 모터를 차량의 종동축의 좌측 휠에 설치하고, 정속 주행시, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 경우, 또는 저속에서의 초반 가속시에만 인휠 모터를 구동하여 보조 동력을 차량에 제공하도록 구성된 것에 기술적 특징이 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치의 동작에 대해 설명한다.

도 1에서, 변속기(11), 엔진(12), 발전기(13), 및 주 배터리(14)는 차량의 주 동력 공급 장치의 구성요소로서, 운전자의 시동키, 악셀 등의 조작에 의해 엔진(12) 및 변속기(11)가 동작되고, 엔진(12)의 동작에 의해 생성되는 운동 에너지는 발전기(13)에 의해 전기로 변환되고, 이러한 발전기(13)에 의한 전원은 주 배터리(14)를 충전시킨다.

그 다음으로, 전자제어 스위치(15)의 제어 장치(24)에 의한 제어를 통해, 주 배터리(14)는 기본적으로 차량 전원장치(16)에 전원을 공급하는 한편, 보조 배터리(26) 충전 모드가 ON일 때마다 주 배터리(14)의 출력은 보조 배터리(26)에도 공급된다. 즉, 보조 배터리(26)의 충전 모드가 ON이면, 주 배터리(14)의 전원이 차량 전원장치(16)에 공급됨과 동시에 보조 배터리(26)가 충전되도록 전자제어 스위치(15)가 전류 경로를 형성한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치의 동작은 인휠 스위치(21)의 스위칭 상태에 따라 제어된다. 구체적으로, 운전자는 인휠 모터에 의한 보조 동력을 이용할지 여부에 따라 인휠 스위치(21)를 ON 또는 OFF로 조작할 수 있다.

운전자가 인휠 모터에 의한 보조 동력을 이용하기를 원하지 않아서 인휠 스위치(21)를 OFF로 조작할 경우, 제어 장치(24)는 인휠 모터를 OFF로 구동하고 보조 배터리 충전 모드를 OFF로 제어하여 주 배터리(14)의 전원에 의해 보조 배터리(26)가 충전되지 않도록 한다.

이와 달리, 운전자가 인휠 모터에 의한 보조 동력을 이용하기를 원하여 인휠 스위치(21)를 ON으로 조작할 경우, 제어 장치(24)는 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 구동에 적합한지를 확인하고, 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 임계값보다 낮을 경우에는, 제어 장치(24)는 주 배터리(14)의 전원을 이용하여 보조 배터리(26)가 충전되도록 제어한다.

보조 배터리(26)의 충전 레벨이 구동에 적합한 레벨을 가지면, 제어 장치(24)는 전륜 휠에 설치된 속도 센서(도시하지 않음)로부터 검출된 차량 속도, 브레이크 스위치(22)로부터 검출된 브레이크 상태, 악셀 스위치(23)로부터 검출된 악셀 상태 등의 차량 상태 정보를 이용하여 차량의 운행 조건을 판단한다.

구체적으로, 차량의 운행 조건으로부터 차량이 정속 주행 중이거나, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되고 있거나, 또는 저속에서 초반 가속 중인 것으로 판단되면, 제어 장치(24)는 인휠 모터를 구동하기 위한 명령을 생성하여 인버터(25)에 출력하고, 보조 배터리(26)로부터 인버터(25)를 거쳐 인휠 모터에 구동 전류가 인가되도록 제어한다.

만약, 차량의 운행 조건으로부터 차량이 아이들(idle) 상태(예를 들어, 주차 또는 정차 중)에 있거나 주행중 브레이크 스위치가 ON 상태이거나 주행속도가 지정된 감소율 이하로 감소되면서 동시에 엔진의 구동력이 바퀴회전축과 단절된 상태에 있다고 판단되면, 제어 장치(24)는 인휠 모터의 구동을 정지시키고 주 배터리(14)의 전원을 이용하여 보조 배터리(26)가 충전되도록 제어한다.

다른 대안으로서, 도면으로 도시되지 않았지만, 차량의 주차 중에 외부의 상용 교류 전원을 이용하여 보조 배터리(26)를 충전하기 위한 충전 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 충전 수단은 외부의 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 교류-직류 변환부 및 상기 교류-직류 변환부에 의해 변환된 직류 전원을 상기 보조 배터리(26)에 인가하기 위한 전원 공급 수단을 포함할 수 있다.

도 2의 (a) 및 (b)는 도 1에 도시된 좌측 후륜 휠(5)에 인휠 모터(51)가 장착된 상태를 더욱 구체적으로 도시하는 평면도 및 측면도이다. 도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도 1에 도시된 좌측 후륜 휠(5)은 인휠 모터(51) 및 타이어(52)로 구성되고, 인휠 모터(51)는 타이어(52)와 일체형으로 구성되어 타이어(52)의 내부에 부착되어 있다.

도 3은 도 1에 도시된 보조 동력 공급 장치에서 보조 배터리가 충전될 경우의 스위칭 상태를 도시하는 개략도이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 전자제어 스위치(15)는 제어 장치(24)의 제어를 통해 보조 배터리(26)의 충전 모드가 ON일 경우에는 주 배터리(14)의 전원이 차량 전원장치(16)에 공급됨과 동시에 보조 배터리(26)가 충전되도록 하는 전류 경로를 형성한다.

즉, 도 3을 참조하면, 전자제어 스위치(15)의 스위칭 상태는 도 1의 제어 장치(24)에 의해 제어되고, 보조 배터리(26)의 충전 모드가 ON이면, 전자제어 스위치(15)는 주 배터리(14)의 전원이 차량 전원장치(16)에 공급됨과 동시에 보조 배터리(26)에도 공급되도록 전류 경로를 형성한다. 이에 따라, 보조 배터리(26)는 주 배터리(14)에 의해 공급되는 전원에 의해 충전될 수 있다.

만약, 보조 배터리(26)의 충전 모드가 OFF이면, 전자제어 스위치(15)는 주 배터리(14)의 전원이 차량 전원장치(16)에만 공급되도록 전류 경로를 형성한다. 이에 따라, 이 경우에는 보조 배터리(26)가 충전될 수 없다.

다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법에 대해 설명한다.

동작이 시작되면, 제어 장치(24)는 운전자에 의해 조작될 수 있는 인휠 스위치(21)의 상태가 ON인지를 판단한다(S10). 통상, 운전자는 차량의 보조 동력을 얻기 위하여 인휠 모터(51)를 구동시킬 의도가 있을 경우에는 인휠 스위치(21)를 ON으로 조작하고, 인휠 모터(51)의 기능 자체를 사용할 생각이 없을 경우에는 인휠 스위치(21)를 OFF로 조작한다.

상기 단계(S10)에서, 인휠 스위치(21)의 상태가 ON이 아닌 것으로(즉, OFF) 판단되면, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)의 구동을 정지하기 위한 명령을 인버터(25)로 출력하여 보조 배터리(26)에 의한 전원이 인버터(25)를 통해 인휠 모터(51)에 공급되는 것을 차단한다(S12). 또한, 제어 장치(24)는 보조 배터리(26) 충전 모드를 OFF로 설정하고, 보조 배터리(26)의 충전 동작을 정지하기 위한 명령을 생성하여 전자제어 스위치(15)에 공급하고, 전자제어 스위치(15)는 주 배터리(14)로부터 보조 배터리(26)로의 전류 경로를 차단시킨다(S14).

한편, 상기 단계(S10)에서, 인휠 스위치(21)의 상태가 ON인 것으로 판단되면, 제어 장치(24)는 보조 배터리(26)의 충전 레벨을 체크한다(S16). 예를 들어, 제어 장치(24)는 보조 배터리(26)의 출력 전압값을 로드함으로써 보조 배터리(26)의 충전 레벨을 체크할 수 있다.

다음으로, 제어 장치(24)는 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 임계값보다 큰 것인지를 판단한다(S18). 즉, 이 단계(S18)는 보조 배터리(26)의 전원을 이용하여 인휠 모터(51)를 구동해도 될 정도로 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 충분히 높은지를 판단하기 위한 단계로서, 이러한 판단을 위해 소정의 미리 결정된 임계값이 사용된다.

상기 단계(S18)에서, 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 임계값보다 큰 것으로 판단되면, 이후의 단계에서는 차량의 운행 조건을 판단하여 인휠 모터의 구동을 제어하는 동작이 수행되며, 이에 관해서는 이후에 더욱 상세하게 설명될 것이다.

만약, 상기 단계(S18)에서, 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 임계값보다 작은 것으로 판단되면, 이러한 결과는 보조 배터리(26)의 전원을 이용하여 인휠 모터(51)를 구동해도 될 정도로 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 충분히 높은 것이 아님을 의미한다. 즉, 차량의 보조 배터리(26)에 대한 충전이 필요하다.

이에 따라, 제어 장치(24)는 예를 들어, 차량의 엔진에 부하가 많이 걸리지 않는 상태인지를 검사하기 위하여, 차량의 브레이크 스위치가 ON 상태이거나 엔진 아이들 상태인지를 판단한다(S19). 즉, 차량이 감속이나 정차를 위하여 브레이크 스위치가 ON 상태이거나 아이들 상태일 경우에는 엔진에 부하가 많이 걸리지 않으므로, 차량의 주 배터리(14)를 이용하여 보조 배터리(26)를 충전하는 것이 가능하다.

상기 단계(S19)에서, 차량의 브레이크 스위치가 ON 상태이거나 엔진 아이들 상태인 것으로 판단되면, 제어 장치(24)는 보조 배터리(26)의 충전 모드를 ON으로 설정한다(S20). 즉, 제어 장치(24)는 보조 배터리(26)를 충전시키기 위한 명령을 생성하여 전자제어 스위치(15)에 출력하고, 전자제어 스위치(15)는 주 배터리(14)로부터 보조 배터리(26)로의 전류 경로를 연결시킨다. 상기 단계(S20)가 수행된 이후에는, 제어 흐름이 상기 단계(S18)의 직전으로 점프하므로, 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 임계값에 도달할 때까지 보조 배터리(26)가 계속 충전될 수 있다.

상기 단계(S19)에서, 차량의 브레이크 스위치가 ON 상태가 아니거나 엔진 아이들 상태가 아닌 것으로 판단되면, 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 낮지만 충전 가능한 시점이 아니므로, 제어 흐름은 단계(S16) 직전의 A로 점프하여 보조 배터리(26)의 상태를 계속 감시한다.

상기 단계(S18)에서, 보조 배터리(26)의 충전 레벨이 임계값보다 큰 것으로 판단되면, 이후의 단계들을 통해 차량의 각종 상태 정보를 이용하여 차량의 운행 조건을 판단하고, 이 판단된 차량 운행 조건에 따라 인휠 모터(51)의 구동 및 보조 배터리(26)의 충전 동작을 제어한다.

상기 단계(S18)가 완료된 후, 제어 장치(24)는 차량이 정속 주행 중인지를 판단하기 위하여, 예를 들어, 차량 속도가 일정한지, 차량속도가 35 km/h 이상인지, 악셀 스위치가 OFF인지, 브레이크 스위치가 OFF인지를 판단한다(S22).

여기서, 차량 속도가 일정한지를 판단하는 기준은 예를 들어, 소정의 시간 기간 동안 차량 속도의 변동 범위가 제한적인 경우(예를 들어, 5초 동안 ± 5km/h)를 가정할 수 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 이러한 구체적인 수치에 한정되지 않는다.

또한, 차량 속도가 저속이 아닌 소정의 범위인지를 판단하기 위한 저속 판단 기준 속도로서 35 km/h라는 수치가 사용되고 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 이것으로 한정되지 않으며, 저속 판단 기준 속도로서 다른 수치가 사용될 수도 있다.

상기 단계(S22)에서, 이들 조건들이 모두 충족되면, 제어 장치(24)는 차량이 정속 주행 중인 것으로 판단하고, 인휠 모터(51)를 ON으로 구동한다(S24). 구체적으로, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)를 구동하기 위한 명령을 생성하여 인버터(25)에 출력하고, 보조 배터리(26)로부터 인버터(25)를 거쳐 인휠 모터(51)에 구동 전류가 인가되도록 제어한다. 여기서, 인버터(25)는 제어 장치(24)의 명령에 따라 보조 배터리(26)의 전원을 이용하여 구동 전류를 생성하고, 이 생성된 구동 전류를 인휠 모터(51)에 인가한다.

이와 같이 제어함으로써, 차량이 평평한 도로 주행에서 충분히 가속되어 예를 들어, 완만한 내리막 경사로 등에서 추가 가속이 없어도 당분간 일정한 속도를 유지할 수 있는 경우에, 상기 단계(S22)의 운행 조건이 충족되어, 차량의 엔진보다는 약한 동력을 발생하는 인휠 모터(51)만으로도 차량의 현재 주행 속도가 유지될 수 있다. 이에 따라, 차량이 어느 정도 가속된 상태에서 완만한 경사로 등에서 주행하는 경우에는, 본 발명이 충분한 연비 절감의 효과를 달성할 수 있다.

만약, 상기 단계(S22)에서, 제어 장치(24)에 의해 차량이 정속 주행하지 않는 것으로 판단되면, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)를 OFF로 구동한다(S26). 즉, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)의 구동을 정지시키기 위한 명령을 생성하여 인버터(25)에 출력한다.

한편, 상기 단계(S18)가 완료된 후, 제어 장치(24)는 차량이 저속에서 초반 가속 중인지를 판단하기 위하여, 예를 들어, 차량 속도가 35 km/h 미만인지, 악셀 스위치가 ON인지, 브레이크 스위치가 OFF인지를 판단한다(S30). 여기서, 차량 속도가 저속인지를 판단하기 위한 저속 판단 기준 속도로서 35 km/h라는 수치가 사용되고 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 이것으로 한정되지 않으며, 저속 판단 기준 속도로서 다른 수치가 사용될 수도 있다.

상기 단계(S30)에서, 이들 조건들이 모두 충족되면, 제어 장치(24)는 차량이 저속에서 초반 가속 중인 것으로 판단하고, 인휠 모터(51)를 ON으로 구동한다(S32). 구체적으로, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)를 구동하기 위한 명령을 생성하여 인버터(25)에 출력하고, 보조 배터리(26)로부터 인버터(25)를 거쳐 인휠 모터(51)에 구동 전류가 인가되도록 제어한다. 여기서, 인버터(25)는 제어 장치(24)의 명령에 따라 보조 배터리(26)의 전원을 이용하여 구동 전류를 생성하고, 이 생성된 구동 전류를 인휠 모터(51)에 인가한다.

만약, 상기 단계(S30)에서, 제어 장치(24)에 의해 차량의 주행 속도가 35 km/h에 도달한 것으로 판단되면, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)를 OFF로 구동한다(S34). 즉, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)의 구동을 정지시키기 위한 명령을 생성하여 인버터(25)에 출력한다.

이와 같이 제어함으로써, 차량이 출발하여 주행속도가 상기 저속 판단 기준 속도 미만인 상황에서, 예를 들어, 일반적인 시내 주행 상황에서 가속 및 감속이 빈번하게 수행될 경우, 상기 단계(S30)의 운행 조건이 충족되어, 인휠 모터(51)에 의한 동력이 차량에 보조적으로 제공될 수 있다. 따라서, 차량이 저속에서 초반 가속중인 경우에는, 본 발명이 충분한 연비 절감의 효과를 달성할 수 있다.

마지막으로, 상기 단계(S18)가 완료된 후, 제어 장치(24)는 차량이 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되고 있는지를 판단하기 위하여, 예를 들어, 차량 속도가 35 km/h 이상인지, 차량 속도가 감소하고 있는지, 악셀 스위치가 ON인지, 브레이크 스위치가 OFF인지를 판단한다(S40). 즉, 이 단계(S40)는 차량이 저속이 아닌 속도에서 차량이 감속되고 있는 중에도 악셀 스위치가 ON인 경우에는 오르막 가속 중인 것으로 판단하여 인휠 모터(51)에 의한 동력을 보조적으로 이용하기 위한 것이다.

여기서, 차량 속도가 감소하고 있는지를 판단하는 기준은 예를 들어, 소정의 시간 기간 동안 차량 속도가 일정한 수치만큼 감소하는 경우(예를 들어, 10초 동안 -5 km/h)를 가정할 수 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 이러한 구체적인 수치에 한정되지 않는다.

상기 단계(S40)에서, 이들 조건들이 모두 충족되면, 제어 장치(24)는 주행중에 예를 들어, 오르막 길 등으로 인해 감속되는 것으로 판단하고, 인휠 모터(51)를 ON으로 구동한다(S42). 구체적으로, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)를 구동하기 위한 명령을 생성하여 인버터(25)에 출력하고, 보조 배터리(26)로부터 인버터(25)를 거쳐 인휠 모터(51)에 구동 전류가 인가되도록 제어한다. 여기서, 인버터(25)는 제어 장치(24)의 명령에 따라 보조 배터리(26)의 전원을 이용하여 구동 전류를 생성하고, 이 생성된 구동 전류를 인휠 모터(51)에 인가한다.

만약, 상기 단계(S40)에서, 제어 장치(24)에 의해 차량이 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되고 있지 않은 것으로 판단되면, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)를 OFF로 구동한다(S44). 즉, 제어 장치(24)는 인휠 모터(51)의 구동을 정지시키기 위한 명령을 생성하여 인버터(25)에 출력한다.

이와 같이 제어함으로써, 차량이 주행 중에 오르막 등으로 인해 감속되는 경우에도, 악셀 스위치가 ON일 때마다 인휠 모터(51)에 의한 동력을 보조적으로 제공할 수 있다. 따라서, 오르막길에서 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 경우에, 본 발명이 충분한 연비 절감의 효과를 달성할 수 있다.

상기 각 단계들(S24, S26, S32, S34, S42, S44의 "아니오")이 완료된 후, 제어 흐름은 상기 단계(S16) 이전으로 점프하여, 차량의 운행 조건을 판단하고 그 판단된 운행 조건에 따른 제어 동작을 반복적으로 수행한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법을 수행할 수 있는 컴퓨터 판독가능 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능 매체가 본 발명의 범위 내에서 제공될 수 있으며, 상기 컴퓨터 판독가능 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬(CD-R), 디브이디(DVD) 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자, 즉 당업자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 차량의 구동계 2, 4 : 전륜 휠
3, 5 : 후륜 휠 11 : 변속기
12 : 엔진 13 : 발전기
14 : 주 배터리 15 : 전자제어 스위치
16 : 차량 전원장치 21 : 인휠 스위치
22 : 브레이크 스위치 23 : 악셀 스위치
24 : 제어 장치 25 : 인버터
26 : 보조 배터리

Claims

인휠 모터(in-wheel motor)를 이용한 차량의 보조 동력 공급 장치로서,
차량의 종동축의 어느 하나의 휠 내부에 장착되어, 공급되는 전력에 따라 상기 휠에 회전력을 공급하는 인휠 모터;
충방전이 가능하며 상기 인휠 모터에 전력을 공급하기 위한 보조 배터리;
상기 인휠 모터에 의한 보조 동력을 사용할 것인지를 운전자의 조작에 의해 선택하기 위한 인휠 스위치;
상기 인휠 스위치에 의해 상기 인휠 모터를 구동하도록 선택되는 경우, 상기 보조 배터리의 충전 레벨을 체크하여 상기 보조 배터리의 충전 레벨이 임계값을 초과하도록 제어하고, 차량의 상태 정보로부터 차량의 운행 조건을 판단하고, 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 경우, 또는 저속에서 초반 가속 중인 경우에는 상기 인휠 모터를 구동하기 위한 명령을 생성하고, 차량의 브레이크 스위치가 ON 상태이거나 엔진이 아이들(idle) 상태인 경우에는 상기 인휠 모터의 구동을 정지시키고 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 명령을 생성하는 제어 장치;
상기 제어 장치에 의해 생성된 상기 인휠 모터를 구동하기 위한 명령에 따라, 상기 보조 배터리의 전원을 이용하여 구동 전류를 생성하고, 이 생성된 구동 전류를 상기 인휠 모터에 인가하는 인버터; 및
상기 제어 장치에 의해 생성된 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 명령에 따라, 차량의 주 배터리로부터 상기 보조 배터리로의 전류 경로를 형성하기 위한 전자제어 스위치를 포함하는, 차량의 보조 동력 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 차량이 전륜 구동 방식을 따르는 경우, 상기 인휠 모터는 상기 차량의 좌측 후륜 휠의 내부에 장착되는, 차량의 보조 동력 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 시간 동안 소정 범위 내에 속하고, 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 악셀 스위치 및 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 정속 주행 중이라고 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 소정의 시간 동안 일정한 수치만큼 차량의 속도가 감소하고 있고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에, 차량이 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 것이라고 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 미만이고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 저속에서 초반 가속 중이라고 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 장치는 차량의 속도가 0이고, 악셀 스위치가 OFF인 경우이거나 주행속도가 지정된 감소율 이하로 감소되면서 동시에 엔진의 구동력이 바퀴회전과 단절된 상태인 경우에 차량의 엔진이 아이들 상태인 것으로 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
차량의 주차 중에 외부의 상용 교류 전원을 이용하여 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 충전 수단을 더 포함하는, 차량의 보조 동력 공급 장치.
인휠 스위치, 보조 배터리, 인버터 및 제어 장치에 의해, 차량의 종동축의 어느 하나의 휠 내부에 장착된 인휠 모터를 구동하여, 주 동력 공급 장치에 대해 보조적으로 동력을 공급하도록 구성된 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법으로서,
(a) 상기 인휠 스위치의 상태로부터, 운전자가 인휠 모터를 보조 동력으로 사용하고자 하는지를 판단하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서, 상기 인휠 스위치가 ON 상태인 경우, 상기 제어 장치는 보조 배터리의 충전 레벨을 체크하여 상기 충전 레벨이 소정의 임계값을 초과할 때까지 상기 보조 배터리의 충전 동작을 제어하는 단계;
(c) 상기 (a) 단계에서, 상기 인휠 스위치가 OFF 상태인 경우, 상기 제어 장치는 인휠 모터의 구동을 정지시키고 보조 배터리의 충전 동작을 정지시키는 단계;
(d) 상기 제어 장치는 차량의 상태 정보로부터 차량의 운행 조건을 판단하고, 차량이 정속 주행 중인 경우, 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속될 경우, 또는 저속에서 초반 가속 중인 경우에는 상기 인휠 모터를 구동하기 위한 명령을 생성하는 단계; 및
(e) 상기 제어 장치는 차량의 상태 정보로부터 차량의 운행 조건을 판단하고, 차량의 엔진이 아이들 상태이거나 브레이크 스위치가 ON 상태인 경우에는 상기 인휠 모터의 구동을 정지시키고 상기 보조 배터리를 충전하기 위한 명령을 생성하는 단계를 포함하는, 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 시간 동안 소정 범위 내에 속하고, 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 악셀 스위치 및 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 정속 주행 중이라고 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 이상이고, 소정의 시간 동안 일정한 수치만큼 차량의 속도가 감소하고 있고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에, 차량이 주행 중에 가속 명령에도 불구하고 감속되는 것이라고 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 소정의 저속 판단 기준 속도 미만이고, 악셀 스위치가 ON 상태이고, 브레이크 스위치가 OFF 상태인 경우에 차량이 저속에서 초반 가속 중이라고 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (e) 단계에서, 상기 제어 장치는 차량의 속도가 0이고, 악셀 스위치가 OFF인 경우이거나 주행속도가 지정된 감소율 이하로 감소되면서 동시에 엔진의 구동력이 바퀴회전과 단절된 상태인 경우에 차량의 엔진이 아이들 상태인 것으로 판단하는, 차량의 보조 동력 공급 장치의 제어 방법.